(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスの形成方法であって、
エピタキシャル半導体構造を形成するステップであって、前記エピタキシャル半導体構造がメサ表面およびメサ側壁を有するメサを画定する、エピタキシャル半導体構造を形成するステップと、
前記メサ側壁上の少なくとも一部分、および前記メサ側壁に隣接する半導体構造に第１絶縁パッシベーション層を形成するステップであって、前記第１絶縁パッシベーション層の開口が前記メサ表面の一部分に隣接し、前記第１絶縁パッシベーション層は第１絶縁材料を含み、前記第１絶縁パッシベーション層の前記開口は前記メサ表面の幅よりも小さい幅を有し、前記第１絶縁パッシベーション層の厚さは前記メサの厚さよりも大きい、第１絶縁パッシベーション層を形成するステップと、
前記第１絶縁パッシベーション層上に第２絶縁パッシベーション層を形成するステップであって、前記第２絶縁パッシベーション層の開口が前記メサ表面の一部分に隣接し、前記第２絶縁パッシベーション層の前記開口は前記メサ表面の幅よりも大きい幅を有し、前記第２絶縁パッシベーション層は第１絶縁材料と異なる第２絶縁材料を含み、前記第１絶縁パッシベーション層は前記第２絶縁パッシベーション層および前記半導体構造の間にあり、前記第１絶縁パッシベーション層と前記第２絶縁パッシベーション層は、前記メサ表面に対して垂直な方向に、連続する絶縁構造を画定する、第２絶縁パッシベーション層を形成するステップと、
第１および第２絶縁パッシベーション層がない、メサ表面の部分上に第１金属コンタクト層を形成するステップと、
前記メサの外側の前記半導体構造上に第２金属コンタクト層を形成するステップであって、第１および第２金属コンタクト層は、前記メサを導通する電流経路を画定する、第２金属コンタクト層を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１絶縁パッシベーション層の少なくとも前記メサ表面に隣接する部分には、前記第２絶縁パッシベーション層がないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エピタキシャル半導体構造は、コンタクト特性が反対の第１および第２の半導体層を含み、第１および第２の半導体層の少なくとも１つの少なくとも一部は前記メサに含まれていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１金属コンタクト層が、前記半導体メサの対向する側にかつ前記メサ表面の全体を横切って前記第１および第２絶縁パッシベーション層の部分上を延びていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記メサが前記第１および第２の金属コンタクト層の間にあり、前記第１の金属コンタクト層が、前記メサ表面上の下部金属層と、該下部金属層上の上部金属層とを含み、前記下部金属層が前記上部金属層と前記メサとの間になるように設けられ、前記上部金属層が前記半導体メサの対向する側にある前記第１および第２絶縁パッシベーション層上の部分に延びている請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記上部金属層と前記下部金属層が相異なる材料を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の金属コンタクト層の部分が、前記メサ表面と、前記メサ表面に対して垂直の方向の前記第１絶縁パッシベーション層の部分との間にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１絶縁材料がアルミニウム酸化膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２絶縁材料がシリコン窒化膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体構造がＰ型層およびＮ型層を含み、前記Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分が前記メサに含まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２絶縁パッシベーション層の形成前に、前記メサの少なくとも一部分には前記第１絶縁パッシベーション層がないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２絶縁パッシベーション層の形成ステップが、前記第１絶縁パッシベーション層上および前記メサ表面上の前記第１絶縁パッシベーション層のない部分に前記第２絶縁パッシベーション層を形成するステップと、前記第２絶縁パッシベーション層内の一部分にホールを形成して前記メサ表面の少なくとも前記第１絶縁パッシベーション層のない部分を露出させ前記第１絶縁パッシベーション層の前記メサ表面に隣接する部分を露出させるステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２絶縁パッシベーション層中の一部分への前記ホールの形成ステップが、前記第１絶縁パッシベーション層の前記第１絶縁材料に対して優先的に前記第２絶縁パッシベーション層の前記第２絶縁材料をエッチングするエッチング用化学物質を用いて前記第２絶縁パッシベーション層をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１絶縁パッシベーション層の形成ステップが前記メサ表面を横切って前記第１絶縁パッシベーション層を形成するステップを含み、前記第２絶縁パッシベーション層の形成ステップが前記第１および第２絶縁パッシベーション層の両方がメサ表面を横切って積層されるように前記メサ表面を横切って前記第２絶縁パッシベーション層を形成するステップを含み、前記第２絶縁パッシベーション層の形成ステップが、前記第１絶縁パッシベーション層の前記メサ表面に対向する部分を露出させる前記第２絶縁パッシベーション層にホールを形成するステップを含み、前記第１絶縁パッシベーション層の形成ステップが、前記第２絶縁パッシベーション層にホールを形成後、前記メサ表面の少なくとも一部分を露出させる前記第１絶縁パッシベーション層のホールを形成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２絶縁パッシベーション層中の一部分への前記ホールの形成ステップが、前記第１絶縁パッシベーション層の前記第１絶縁材料に対して優先的に前記第２絶縁パッシベーション層の前記第２絶縁材料をエッチングするエッチング用化学物質を用いて、前記第２絶縁パッシベーション層をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１絶縁パッシベーション層の形成ステップの前に、前記メサ表面上に第１金属コンタクト層を形成するステップが先行することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２絶縁パッシベーション層の形成ステップの後に、第１金属コンタクト層を形成するステップが続き、前記第１金属コンタクト層を形成するステップは、前記メサ表面上の少なくとも前記第１および第２絶縁パッシベーション層のない部分にコンタクト層を形成することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１および第２絶縁パッシベーション層の開口が、前記メサ表面に隣接した前記第１の絶縁パッシベーション層の表面の部分に前記第２絶縁パッシベーション層がないように階段状プロファイルを画定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記階段状プロファイルが、前記第２絶縁パッシベーション層がない前記第１絶縁パッシベーション層の表面の部分にプラトー領域を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記プラトー領域がほぼ前記メサ表面に平行なことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
半導体デバイスであって、
メサ表面およびメサ側壁を有するメサを画定する、エピタキシャル半導体構造と、
前記メサ側壁の少なくとも一部分上および前記メサ側壁に隣接する前記半導体構造上の第１絶縁パッシベーション層であって、前記第１絶縁パッシベーション層の開口が前記メサ表面の一部分に隣接し、前記第１絶縁パッシベーション層が第１絶縁材料を含み、前記第１絶縁パッシベーション層の前記開口は前記メサ表面の幅よりも小さい幅を有し、前記第１絶縁パッシベーション層の厚さは前記メサの厚さよりも大きい第１絶縁パッシベーション層と、
前記第１絶縁パッシベーション層上の第２絶縁パッシベーション層であって、前記第２絶縁パッシベーション層の開口が前記メサ表面の一部分に隣接し、前記第２絶縁パッシベーション層が第１絶縁材料と異なる第２絶縁材料を含む第２絶縁パッシベーション層を含み、第１絶縁パッシベーション層は第２絶縁パッシベーション層とエピタキシャル半導体構造の間にあり、前記第１絶縁パッシベーション層と前記第２絶縁パッシベーション層は、前記メサ表面に対して垂直な方向に、連続する絶縁構造を画定する第２絶縁パッシベーション層と、
第１および第２絶縁パッシベーション層がないメサ表面の部分上の第１金属コンタクト層と、
前記メサの外側の半導体構造上の第２金属コンタクト層であって、前記第１および第２金属コンタクト層が前記メサと前記基板とを導通する電流経路を画定する、第２金属コンタクト層を形成とを備えることを特徴とするデバイス。
【請求項２２】
前記第１絶縁パッシベーション層の少なくともメサ表面に隣接する部分には前記第２絶縁パッシベーション層がないことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項２３】
前記第１金属コンタクト層が、前記半導体メサの対向する側にかつ前記メサ表面の全体を横切って前記第１および第２絶縁パッシベーション層の部分上を延びていることを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項２４】
前記メサが前記第１および第２の金属コンタクト層の間にあり、前記第１の金属コンタクト層が、前記メサ表面上の下部金属層と、該下部金属層上の上部金属層とを含み、前記下部金属層が前記上部金属層と前記メサとの間になるように設けられ、前記上部金属層が前記第１および第２絶縁パッシベーション層の部分の上を、前記半導体メサの対向する側に延びることを特徴とする請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項２５】
前記上部金属層および前記下部金属層が相異なる材料を含むことを特徴とする請求項２４に記載の半導体デバイス。
【請求項２６】
前記第１の金属コンタクト層の部分が、前記メサ表面と、前記メサ表面に対して垂直の方向の前記第１絶縁パッシベーション層の部分との間にあることを特徴とする請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項２７】
前記第１絶縁材料がアルミニウム酸化膜を含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項２８】
前記第２絶縁材料がシリコン窒化物を含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項２９】
前記エピタキシャル半導体構造がＰ型層およびＮ型層を含み、前記Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分が前記メサに含まれることを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項３０】
前記第１および第２絶縁パッシベーション層が、前記メサ表面の少なくとも前記第１および第２絶縁パッシベーション層のない部分に隣接する階段状プロファイルを画定することを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項３１】
前記第２絶縁材料が、所定のエッチング用化学物質を用いて前記第１絶縁材料に対して優先的にエッチングされることができる材料を含むことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイス。
【請求項３２】
前記第１および第２絶縁パッシベーション層の開口が、前記メサ表面に隣接した前記第１絶縁パッシベーション層の表面の部分に前記第２絶縁パッシベーション層がないように階段状プロファイルを画定することを特徴とする請求項２１に記載のデバイス。
【請求項３３】
前記階段状プロファイルが、前記第２絶縁パッシベーション層がない前記第１絶縁パッシベーション層の表面の部分にプラトー領域を含むことを特徴とする請求項３２に記載の半導体デバイス。
【請求項３４】
前記プラトー領域が前記メサ表面にほぼ平行なことを特徴とする請求項３３に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエレクトロニクス分野、より具体的には、半導体デバイスおよび関連する構造の形成方法に関する。
【０００２】
本明細書は、「自己整合インデックスガイドおよびビアを有するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｗｉｔｈ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｉｎｄｅｘ  Ｇｕｉｄｅ  Ａｎｄ  Ｖｉａ）」という名称の２００２年１２月２０日に出願した米国仮出願第６０／４３５，２１３号、「表面低下したリッジウエーブガイドを有するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｗｉｔｈ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ  Ｒｉｄｇｅ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）」という名称の２００２年１２月２０日に出願した米国仮出願第６０／４３５，９１４号、２００２年１２月２０日に出願し米国仮出願第６０／４３５，９１９号、および「金属電流広がり層を有するレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｗｉｔｈ  Ｍｅｔａｌ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ）」という名称の２００２年１２月２０日に出願した米国仮出願第６０／４３５，２１１号の特典を主張する。これらの仮出願のそれぞれの開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００３】
また、本発明は、「自己整合半導体メサおよびコンタクト層を有する半導体デバイスの形成方法および関連するデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｓａｓ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｌａｙｅｒｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という名称の本出願と同時出願の米国出願（整理番号５３０８−２８１）、「自己整合コンタクト層および関連するデバイスを備える半導体半導体メサ構造の形成方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｓａ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｌａｙｅｒｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という名称の本出願と同時出願の米国出願（整理番号５３０８−２８０）、および「半導体メサお構造および導電性ジャンクションを備える電子デバイスの形成方法および関連するデバイス（Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍｅｓａ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  Ａｎｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  Ａｎｄ  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という名称の本出願と同時出願の米国出願（整理番号５３０８−２８３）にも関する。これらの米国出願それぞれの開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００４】
レーザは光子の誘導放出の結果としてコヒーレントな単色光のビームを発生するデバイスである。光子の誘導放出は光ゲインも発生することができ、これによりレーザによって発生されたビームに高い光エネルギーを持たせることができる。いくつかの材料はレーザ発振効果を生じることができ、ある高純度の結晶（ルビーが一般的な例）と、半導体と、あるタイプのガラスと、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴンおよびネオンを含むある気体と、あるプラズマとを含む。
【０００５】
最近になって、レーザは半導体材料における前進があり、これによって一般的に半導体デバイスに関して小型化、低コスト化、および他の関連する利点が活用されてきた。半導体技術において、光子が主な働きを担うデバイスを「フォトニック」または「オプトエレクトロニック」デバイスと称する。言い換えると、フォトニックデバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）、光検出器、光起電デバイス、および半導体レーザを含む。
【０００６】
半導体レーザは、放出放射波が空間干渉性および時間干渉性を有する点で他のレーザに類似している。上記で指摘したように、レーザ放射波は高度に単色（すなわち、狭いバンド幅）であり、高度な指向性の光ビームを発生する。しかし、半導体レーザは、いくつかの点で他のレーザと異なることがある。たとえば、半導体レーザでは、量子遷移が材料のバンド特性に関係し、半導体レーザが非常に小さい寸法になることができ、非常に狭い活性領域およびレーザビームのより大きい発散を有することができ、半導体レーザの特性が接合媒質の特性によって強く影響されることができ、ＰＮ接合レーザの場合、ダイオード自体に前方電流を通過させることでレーザ発振作用を生じることができる。概して、半導体レーザはデバイスを横切る方向に向く電流を調節することによって制御することができる極めて効率的なシステムを実現することができる。さらに、半導体レーザの光子の寿命を極めて短くすることができるので、それらを用いて高周波変調を発生することができる。言い換えれば、小型でこのような高周波変調が可能なので半導体レーザは光ファイバ通信用の重要な光源となることができる。
【０００７】
おおまかにいうと、半導体レーザの構造は、光増幅が発生する共振空洞を作るための光閉じ込め、および誘導放出を生じるような高電流密度を発生するための電気閉じ込めを実現するはずである。さらに、レーザ効果（放射波の誘導放出）を発生させるように、半導体が間接バンドギャップ材料ではなく、直接バンドギャップ材料になることができる。半導体特性を熟知している技術者なら周知のように、直接バンドギャップ材料は、価電子帯から伝導帯への電子の遷移に電子の結晶運動量の変化を必要としない材料である。ガリウムヒ素および窒化ガリウムが直接バンドギャップ材料の例である。間接バンドギャップ材料では、別の状況が存在する。すなわち、価電子帯と伝導帯の間の電子の遷移に結晶運動量の変化が必要になる。シリコンおよび炭化ケイ素がこのような間接バンドギャップ材料の例である。
【０００８】
光閉じ込めおよび電子閉じ込めならびにミラーリングを含む半導体材料の理論、構造、および動作の有益な説明は、非特許文献１になされており、これらのページはその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００９】
ＬＥＤやレーザなどのフォトニックデバイスを熟知している技術者なら周知のように、所与の半導体材料によって発生することができる電磁放射波（すなわち、光子）の周波数は、バンドギャップの関数となることがある。バンドギャップが小さいほど、低エネルギー、長波長の光子を発生し、他方、バンドギャップが広い材料ほど、高エネルギー、短波長の光子を発生する。たとえば、通常レーザに使用される半導体材料の１つはアルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）である。ＡｌＩｎＧａＰが発生できる光は、この材料のバンドギャップ（実際は、存在するそれぞれの元素のモルまたは原子比に応じて変わるバンドギャップ範囲）の故に、可視光スペクトルの赤色部分すなわち６００から７００ナノメートル（ｎｍ）に限られる。スペクトルの青色または紫外部分に波長を有する光子を発生させるために、比較的大きなバンドギャップの半導体材料を使用することができる。窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物材料、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、および窒化アルミニウムインジウム（ＡｌＩｎＮ）などの三元合金、ならびに、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）などの四元合金が青色およびＵＶレーザ用材料の有望な候補である。というのは、それらのバンドギャップが比較的高いからである（ＧａＮの場合、室温で３．３６ｅＶ）。その結果、ＩＩＩ族ベースのレーザダイオードが３７０〜４２０ｎｍ領域で発光することが実証された。
【００１０】
いくつかの、同一譲受人に譲渡された特許および同時継続の特許出願においては、オプトエレクトロニクスデバイスの設計および製造方法が同様に論じられている。たとえば、窒化ガリウムベースのオプトエレクトロニクスデバイス用の様々な方法および構造が記載されている（特許文献１〜６参照）。たとえば、低歪み窒化物レーザダイオード構造が記載されている（特許文献７参照）。たとえば、窒化物ベースのオプトエレクトロニクスデバイス用のエピタキシャル構造が記載されている（特許文献８、９参照）。たとえば、様々な金属コンタクト構造およびフリップチップボンディング法を含むボンディング法が記載されている（特許文献１０〜１３参照）。たとえば、乾式エッチングの方法が記載されている（特許文献１４参照）。たとえば、窒化物オプトエレクトロニクスデバイス用のパッシベーション方法が記載されている（特許文献１５、１６参照）。たとえば、窒化物レーザダイオード用に適する活性層構造が記載されている（特許文献１７、１８参照）。前述したすべての特許、特許出願、特許公開出願の内容は、あたかも本明細書に完全に説明されているかのようにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，４５９，１００号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３７３，０７７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献７】米国特許第５，８３８，７０６号明細書
【特許文献８】米国特許出願第２００２００９３０２０号明細書
【特許文献９】米国特許出願第２００２００２２２９０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第２００２０１２３１６４号明細書
【特許文献１１】米国特許出願第２００３００４５０１５号明細書
【特許文献１２】米国特許出願第２００３００４２５０７号明細書
【特許文献１３】米国特許出願第２００３００１５７２１号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，４７５，８８９号明細書
【特許文献１５】米国出願番号第０８／９２０，４０９号明細書
【特許文献１６】米国特許出願第２００３００２５１２１号明細書
【特許文献１７】米国特許出願第２００３０００６４１８号明細書
【特許文献１８】米国特許出願第２００３００２００６１号明細書
【非特許文献１】セー（Ｓｚｅ）著、「半導体材料の物理（Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｓｅｓ）」、第２版（１９８１年）、７０４〜７４２ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
半導体レーザを含む電子デバイスの表面に加えられる応力および／または圧力は、レーザおよび／またはそれとの電気結合をもたらす半導体構造を損傷させる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の諸実施形態によれば、半導体デバイスの形成方法は、基板上に半導体構造を形成するステップを含むことができ、この基板において、半導体構造が、基板に対向する（すなわち、基板から離れた）メサ表面およびメサ表面と基板の間のメサ側壁を有するメサを画定する。このメサ側壁上の少なくとも一部分とメサ側壁に隣接する基板上とに第１パッシベーション層を形成することができ、メサ表面の少なくとも一部分には第１パッシベーション層がなく、第１パッシベーション層は第１材料を含む。さらに、第２パッシベーション層を第１パッシベーション層上に形成することができ、メサ表面の少なくとも一部分には第２パッシベーション層がなく、第１パッシベーション層は第１材料と異なる第２材料を含む。
【００１４】
さらに、少なくとも第１パッシベーション層のメサ表面に隣接する部分には、第２パッシベーション層がなく、第１パッシベーション層と第２パッシベーション層を合わせた厚さはメサの厚さより大きくなることできる。より具体的には、第１パッシベーション層の厚さはメサの厚さより大きくなることできる。さらに、メサ表面上の第１パッシベーション層および第２パッシベーション層がない部分にコンタクト層を形成することができ、金属層をこのコンタクト層上に形成することができ、この金属層は少なくとも第２パッシベーション層上の基板に対向する部分に延びている。さらに、これらの金属層およびコンタクト層は相異なる材料を含むことができる。
【００１５】
第１パッシベーション層の一部分は、コンタクト層の表面上の基板に対向する部分に延びることができ、このコンタクト層の一部分は、少なくとも第１および／または第２のパッシベーション層の一層上の基板に対向する部分に延びることができる。第１材料はアルミニウム酸化膜を含むことができ、第２材料はシリコン窒化膜を含むことができる。さらに、半導体構造はＰ型層およびＮ型層を含むことができ、Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分がメサに含まれる。
【００１６】
メサ表面の少なくとも一部分は、第２パッシベーション層の形成前に第１パッシベーション層がないことがある。より具体的には、第１パッシベーション層上および少なくともメサ表面上の第１パッシベーション層のない部分に、第２パッシベーション層を形成することができる。さらに、第２パッシベーション層の、少なくともメサ表面の第１パッシベーション層のない部分を露出させ、第１パッシベーション層のメサ表面に隣接する部分を露出させる部分にホールを形成することもできる。
【００１７】
さらに、第１パッシベーション層をメサ表面を横切って形成し、第２パッシベーション層をメサ表面を横切って形成して、第１および第２のパッシベーション層の両方がメサ表面を横切ってスタックされるようにすることもできる。次いで、第１パッシベーション層のメサ表面に対向する部分を露出させる第２パッシベーション層にホールを形成することができ、このホールの第２パッシベーション層への形成後、メサ表面の少なくとも一部分を露出させる第１パッシベーション層に別のホールを形成することもできる。第１パッシベーション層の形成前に、メサ表面上にコンタクト層を形成することができる。代替形態では、第２パッシベーション層の形成後、メサ表面上の少なくとも第１および第２のパッシベーション層のない部分にコンタクト層を形成することもできる。
【００１８】
本発明の追加の実施形態によれば、半導体デバイスの形成方法は、半導体光構造がメサ表面およびメサ表面と基板の間のメサ側壁を有するメサを画定する基板上に半導体構造を形成するステップを含むこともできる。メサ側壁上およびメサ側壁に隣接する基板上にパッシベーション層を形成することができ、このパッシベーション層はその内部にビアホールを有しメサ表面の少なくとも一部分にはこのパッシベーション層がないようにすることができる。より具体的には、ビアホールが、ビアホールの第１の部分が第１の幅を有しビアホールの第２の部分が第１の幅と異なる第２の幅を有するように、階段状プロファイルを画定することができる。
【００１９】
この階段状プロファイルは、第１の幅および第２の幅を有するビアホールの第１の部分および第２の部分の間にプラトー領域を含むことができ、このプラトー部分は基板にほぼ平行になることができる。第１の幅を有するビアホールの第１の部分は、第２の幅を有するビアホールの第２の部分とメサ表面の間にあることができ、第２の幅は第１の幅より大きくなることができる。パッシベーション層は、第１材料の第１の層と第１材料と異なる第２材料の第２の層を含むことができ、ビアホールの第１の部分は第１の層の少なくとも一部分を貫通することができ、ビアホールの第２の部分は第２の層の少なくとも一部分を貫通することができる。より具体的には、第１パッシベーション層の厚さはメサの厚さより大きくなることができる。さらに、第１材料はアルミニウム酸化膜を含むことができ、第２材料はシリコン窒化膜を含むことができる。
【００２０】
メサ表面上の少なくともパッシベーション層のない部分にコンタクト層を形成することもでき、コンタクト層上およびパッシベーション層上の少なくとも一部分に金属層を形成することができる。これらのコンタクト層と金属層は相異なる材料を含むことができ、パッシベーション層の一部分はコンタクト層上のメサ表面に対向する部分に延びることができる。代替形態では、コンタクト層は少なくともパッシベーション層上の基板に対向する部分に延びることもできる。さらに、半導体構造はＰ型層およびＮ型層を含むことができ、Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分がメサに含まれる。
【００２１】
本発明の他の追加の実施形態によれば、基板上に半導体構造を含むことができ、そこで半導体構造が半導体デバイスはメサ表面およびメサ表面と基板の間の側壁を有するメサを画定する。第１パッシベーション層は、少なくともメサ側壁上の一部分および基板上のメサ側壁に隣接する部分に存在することができ、メサ表面の少なくとも一部分には第１パッシベーション層がなく、第１パッシベーション層は第１材料を含む。第２パッシベーション層は、第１パッシベーション層上に存在することができ、メサ表面の少なくとも一部分には第２パッシベーション層がなく、第２パッシベーション層は第１材料と異なる第２材料を含む。
【００２２】
第１パッシベーション層の少なくともメサ表面に隣接する部分には第２パッシベーション層がなくてよく、第１と第２のパッシベーション層を合わせた厚さはメサの厚さより大きくなることができる。さらに、第１パッシベーション層の厚さはメサの厚さより大きくなることができる。
【００２３】
この半導体デバイスは、メサ表面上の第１および第２のパッシベーション層のない部分にコンタクト層を、このコンタクト層上に金属層を含むこともでき、この金属層は少なくとも第２パッシベーション層上の基板に対向する部分に延びる。さらに、これらの金属層およびコンタクト層は相異なる材料を含むことができる。第１パッシベーション層の一部分はコンタクト層の表面上の基板に対向する部分に延びることができ、あるいは、代替形態では、コンタクト層の一部分が第１および／または第２のパッシベーション層の少なくとも１層上の基板に対向する部分に延びることもできる。
【００２４】
第１パッシベーション層の第１材料はアルミニウム酸化膜を含み、第２パッシベーション層の第２材料はシリコン窒化膜を含むことができる。さらに、半導体構造はＰ型層およびＮ型層を含むことができ、Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分はメサに含まれる。さらに、第１および第２のパッシベーション層は、メサ表面の少なくとも第１および第２のパッシベーション層のない部分に隣接する階段状プロファイルを画定することもできる。
【００２５】
本発明の他の追加の実施形態によれば、半導体デバイスは、基板上に半導体構造を備えることができ、この半導体構造はメサ表面およびメサ表面と基板の間のメサ側壁を有するメサを画定する。この半導体デバイスはメサ側壁上、およびメサ側壁に隣接する基板上にパッシベーション層を含むこともできる。より具体的には、このパッシベーション層はその中にビアホールを有しメサ表面の少なくとも一部分にはこのパッシベーション層がないようにすることができ、このビアホールは階段状プロファイルを画定して、ビアホールの第１の部分が第１の幅を有しビアホールの第２の部分が第１の幅と異なる第２の幅を有するようにする。
【００２６】
この階段状プロファイルは、第１および第２の幅を有するビアホールの第１の部分と第２の部分の間にプラトー領域を備えることができ、このプラトー部分は基板にほぼ平行になることができる。さらに、第１の幅を有するビアホールの第１の部分は、第２の幅を有するビアホールの第２の部分とメサ表面の間にあることができ、第２の幅は第１の幅より大きくなることができる。
【００２７】
このパッシベーション層は第１材料の第１の層、および第１材料と異なる第２材料の第２の層を含み、ビアホールの第１の部分が第１の層の少なくとも一部分を貫通し、ビアホールの第２の部分が第２の層の少なくとも一部分を貫通する。第１パッシベーション層の厚さはメサの厚さより大きくなることができ、第１パッシベーション層の第１材料はアルミニウム酸化膜を含み、第２パッシベーション層の第２材料はシリコン窒化膜を含むことができる。
【００２８】
この半導体デバイスは、メサ表面上のパッシベーション層のない部分にコンタクト層を、このコンタクト層上およびパッシベーション層上の少なくとも一部分に金属層を含むこともでき、これらの金属層およびコンタクト層は相異なる材料を含むことができる。パッシベーション層の一部分はコンタクト層上のメサ表面に対向する部分に延びることができ、あるいは、代替形態では、このコンタクト層がパッシベーション層上の少なくとも基板に対向する部分に延びることもできる。さらに、半導体構造はＰ型層およびＮ型層を含むことができ、Ｐ型層および／またはＮ型層の少なくとも一部分がメサに含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以後、本発明を、本発明の好ましい実施形態が示された添付の図面を参照してより完全に説明する。本発明を相異なる形態で具体的に示すことができるが、本発明を本明細書で説明された諸実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。そうではなくて、これらの実施形態は、この開示が網羅的かつ完全になり、当業者に本発明の範疇を十分に伝えるように提供した。図面中、層および領域の厚さは判り易くするために誇張してある。また、層が他の層または基板「上」にあるというとき、この層は他の層または基板の直接上にあることができ、あるいは介在層が存在することもできることも理解されたい。要素が別の要素と「結合された」または「接続された」というとき、この要素は他の要素と直接結合され、または接続されることができ、あるいは介在要素が存在することもできる。明細書全体を通じて同一の番号で同一の要素を指す。さらに、「垂直」および「水平」などの相対的な用語を、本明細書では図に示すような基板またはベース層に対する関係を説明するために使用することができる。これらの用語は諸図に示した向きに加えてデバイスの異なる向きも包含することが意図されていることは理解されよう。
【００３０】
ＩＩＩ族窒化物材料などのＩＩＩ−Ｖ族材料は、それらにマグネシウムなどのＰ型不純物をドープすることによってＰ型にすることができる。しかし、Ｐ型窒化物半導体は比較的低いキャリア活性化速度および比較的低いキャリア移動度を有することができる。したがって、Ｐ型窒化物半導体は比較的高い抵抗率を有することができる。レーザダイオードはレーザ発振するための条件を実現するのに比較的高い電流レベルを必要とすることがあるので、Ｐ型窒化物材料へのオーミックコンタクトの場合できるだけ多くの表面積を覆うことが有利になることがある。
【００３１】
レーザダイオードの形成ステップは、半導体材料のエピタキシャル層内にメサストライプをエッチングするステップを含むことができる。このメサストライプは、比較的狭くなることがあるので（幅約２ミクロン程度）、高度な機械的安定性をもつことができず、バーコーティング、ダイ取り付け、ウェハボンディングなどのその後の製造ステップの際、比較的容易に損傷されることがある。メサストライプは、機械的安定性および／または保護をもたらすようにメサの高さ以上の深さのトレンチを有する半導体材料および／または基板のトレンチ内に形成することができる。
【００３２】
図１に示すように、本発明の諸実施形態による構造は、半導体メサストライプ用の機械的な保護を実現することができる。さらに、比較的再現性よく、かつ精度よくできる諸ステップを用いて、図１の構造を製造することができる。本発明の諸実施形態によれば、半導体デバイスは、基板１２と、メサ２０、第１パッシベーション層３０、第２パッシベーション層４０、ならびにオーミックコンタクト層２６および２７を備えるエピタキシャル半導体構造１４と、金属オーバ層５０とを備えることができる。さらに、このエピタキシャル半導体構造１４は、ＩＩＩ族化合物半導体材料などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含むことができる。これらのオーミックコンタクト層２６および２７は、ニッケル、チタン、白金、および／またはパラジウムなどの金属の層を含むことができる。この金属オーバ層５０は、ニッケル、金、白金、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、および／またはパラジウムなどの金属の層を含むことができる。
【００３３】
ある実施形態では、この基板１２は、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５Ｒ、および／または３ＣなどのポリタイプのＮ型炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウム、ならびに／あるいは窒化アルミなどの基板材料を含むことができる。さらに、基板１２は、エピタキシャル半導体構造１４および基板１２を通過する「垂直な」電流の流れを有する「垂直」デバイスを設けるように導電性になることができる。代替形態では、基板１２は絶縁性または半絶縁性でもよく、そこでは「水平」デバイスを設けるように基板の同じ側に両方のオーミックコンタクトが設けられる。導電性基板を「水平」デバイスに使用することもできるはずである。さらに、基板という用語は、半導体構造１４を作製する半導体材料のパターン形成されていない部分を含むように規定することができる。そして／または基板１２と半導体構造１４の間で材料の遷移がないこともある。
【００３４】
エピタキシャル半導体構造１４の一部分は、たとえば、光閉じ込めおよび／または電流閉じ込めを実現するためにメサストライプ中にパターン形成することができる。図示するように、エピタキシャル半導体構造１４の一部分のみがメサ２０に含まれる。たとえば、エピタキシャル半導体構造１４は、Ｎ型およびＰ型の層、ならびにＮ型およびＰ型層のうちの１方または両方の一部分をメサに含むことができる。具体的な実施形態によれば、このエピタキシャル半導体構造１４は、基板１２に隣接したＮ型層と基板１２に対向するＮ型層上のＰ型層とを備えることができる。このメサは（メサ２０の側壁が基板１２に延びるように）、Ｎ型層無しでＰ型層の一部分、Ｐ型層の全ておよびＮ型層の一部分（全てではない）、またはＰ型層およびＮ型層の全てを含むことができる。
【００３５】
本明細書と同時に出願された米国特許出願（整理番号５３０８−２８１）においてより詳細に記載されているように、エピタキシャル半導体材料の均一に厚い層を形成することができ、このエピタキシャル半導体材料を選択的にエッチングすることによってメサ２０を形成することができる。さらに、このメサ２０の厚さをメサ形成に使用するエッチング深さによって決定することができる。本発明の諸実施形態によれば、このメサエッチング深さ（得られるメサ厚）を、約０．１から５ミクロンの範囲にすることができ、追加の実施形態によれば、約２．５ミクロンを超えないようにすることができる。さらに、メサ側壁間のメサ表面２０Ａの幅を約１から３ミクロンの範囲にすることができる。図１に示すように、オーミックコンタクト層２６をこのメサ表面２０Ａ上の一部分に形成することができる。さらに、メサの表面部分をＰ型半導体材料にすることもできる。
【００３６】
第１パッシベーション層３０は、メサ２０を備えるエピタキシャル半導体構造１４を保護し絶縁することができる。この第１パッシベーション層３０は、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、および／またはそれらの組合せなどの絶縁材料を含むことができ、かつ、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、スパッタリング、および／または電子ビーム蒸着などの堆積技法を用いて形成することができる。さらに、この第１パッシベーション層は、たとえば、本明細書と同時に出願された米国特許出願（整理番号５３０８−２８０）および／または本明細書と同時に出願された米国特許出願（代理人整理番号５３０８−２８１）において論じられているように製作することができる。これらの出願のどちらもその開示内容全体が本明細書に参照により組み込まれている。
【００３７】
第２パッシベーション層４０は、たとえば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜、および／またはそれらの組合せなどの絶縁材料を含むことができ、かつ、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、減圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、スパッタリング、および／または電子ビーム蒸着などの堆積技法を用いて形成することができる。本発明の具体的な実施形態によれば、第１パッシベーション層を第１材料で形成し、第２パッシベーション層を第１材料と異なる第２材料で形成することができる。したがって、第１パッシベーション層は、１種または複数種のエッチング用化学物質の場合について、第２パッシベーション層に対するエッチング選択性を実現することができる。言い換えると、第２パッシベーション層４０をあるエッチング用化学物質に対して第１パッシベーション層より抵抗力をなくして、第１パッシベーション層をそれほどエッチングしないで第２パッシベーション層にビアホール４２を形成可能にすることができる。具体的な実施形態によれば、第２パッシベーション層４０がシリコン窒化膜の層を含み、第１パッシベーション層３０がアルミニウム酸化膜の層を含むことができる。
【００３８】
ある実施形態では、第２パッシベーション層４０を十分厚くでき、その結果、基板に対向する第２パッシベーション層の表面がメサ２０の上表面２０Ｂより基板１２に対して実質的に高くなる。代替形態では、第１パッシベーション層３０と第２パッシベーション層４０の厚さを合わせた厚さを、メサ２０の厚さより機械的な安定性およびメサ２０に対する保護を実現するのに十分な程度に大きくすることもできる。具体的な実施形態によれば、第１パッシベーション層の厚さを約０．１から２ミクロンの範囲にすることができ、第２パッシベーション層４０の厚さを約０．１から５ミクロンの範囲にすることができる。
【００３９】
第１パッシベーション層３０および第２パッシベーション層４０の両方またはどちらかの形成前、あるいは形成後に、オーミックコンタクト２６をメサ表面２０Ｂ上に形成することができる。このオーミックコンタクト層２６は、メサ側壁２０Ａ間のメサ表面２０Ｂの幅のほぼ全体にわたって延びることができ、かつ／あるいは、第１パッシベーション層３０の一部分が基板に対向してオーミックコンタクト層２６上の一部分に延びることもできる。代替形態では、第１パッシベーション層３０の一部分がメサ表面上に直接延びることもでき、かつ／あるいは、オーミックコンタクト層がメサ表面２０Ｂに対向して第１パッシベーション層３０上の一部分に延びることもできる。
【００４０】
第２パッシベーション層４０を貫通するビア４２がオーミックコンタクト層２６の一部分およびオーミックコンタクト層２６に隣接する第１パッシベーション層３０の一部分を露出させることができる。金属オーバ層５０が第２パッシベーション層４０、第１パッシベーション層３０の露出部分、および／またはオーミックコンタクト層２６の露出部分全体にわたって延びることができる。したがって、この金属オーバ層５０は、ビア４２を介してオーミックコンタクト層２６と接触することができる。この金属オーバ層５０は、ニッケル、金、白金、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、パラジウム、および／またはそれらの組合せなどの金属の層を含むことができる。
【００４１】
さらに、このビア４２の幅をメサ表面２０Ｂの幅より大きくすることができ、このため、ビア４２の側壁がメサ側壁２０Ａから離れる。具体的な実施形態によれば、このビア４２の幅を約５から１５ミクロンの範囲にすることができる。したがって、パッシベーション層４０の表面に加えられる応力および／または圧力をメサ２０から離れた方向に向けることができる。さらに、周囲の第２パッシベーション層４０により、第１パッシベーション層３０のビア４２によって露出された部分およびメサ２０を外部応力から遮蔽することができる。
【００４２】
本発明の具体的な実施形態によれば、半導体デバイスは、基板１２に対向するメサ表面２０Ｂおよびメサ表面２０Ｂと基板１２の間の側壁２０Ａを有するメサ２０を画定するエピタキシャル半導体構造１４などの半導体構造を備えることができる。メサ側壁２０Ａ上の少なくとも一部分上およびメサ側壁２０Ａに隣接する基板１２上に、第１パッシベーション層３０を設けることができ、メサ表面２０Ｂの少なくとも一部分には第１パッシベーション層３０がない。第２パッシベーション層４０を第１パッシベーション層３０上に設けることができ、メサ表面２０Ｂの少なくとも一部分には第２パッシベーション層４０がない。さらに、これらの第１および第２のパッシベーション層は相異なる材料を含むことができる。さらに、第２パッシベーション層４０上、第２パッシベーション層４０がない第１パッシベーション層３０上の一部分、および第１および第２のパッシベーション層がないメサ表面２０Ｂ上の一部分に、金属オーバ層を設けることができる。金属オーバ層５０とメサ表面２０Ｂの間にオーミックコンタクト層２６を設けることができ、これらのオーミックコンタクト層２６と金属オーバ層５０は相異なる材料を含むことができる。
【００４３】
本発明の追加の実施形態によれば、半導体デバイスは、基板１２上に半導体構造１４を備え、この半導体構造１４はメサ表面２０Ｂおよびメサ表面２０Ｂと基板１２の間の側壁２０Ａを画定する。このメサ側壁２０Ａ上およびメサ側壁に隣接する基板１２上にパッシベーション層を設けることができ、このパッシベーション層はその内部にビアを有し、それによってメサ表面の少なくとも一部分にパッシベーション層がないようにする。より具体的には、パッシベーション層中のビアは、ビアホールの第１の部分Ｖ１が第１の幅Ｗ１を有し、ビアホールの第２の部分Ｖ２が第１の幅Ｗ１と異なる第２の幅Ｗ２を有するように階段状プロファイルを画定することができる。さらに、このビアホールは、その第１の部分と第２の部分の間にプラトー領域Ｐを備えることもでき、このプラトー領域Ｐは基板１２とほぼ平行になることができる。より具体的には、第２の幅Ｗ２を第１の幅Ｗ１より大きくすることができる。さらに、この第２の幅Ｗ２をメサ表面２０Ｂの幅より大きくし、第１の幅Ｗ１をメサ表面２０Ｂの幅より小さくすることもできる。いくつかの実施形態によれば、パッシベーション層は、階段状プロファイルをもたらすようにパターン形成された単一材料の層を含むことができる。代替形態では、パッシベーション層は、第２パッシベーション層４０を第１パッシベーション層３０に比べて選択的にエッチングできるように相異なる材料の第１パッシベーション層３０および第２パッシベーション層４０を含むこともできる。
【００４４】
本発明の諸実施形態による半導体デバイスの製作方法を図２Ａないし２Ｄに示す。具体的には、エピタキシャル半導体構造１４を基板１２上に形成することができ、このエピタキシャル半導体構造１４はメサ側壁２０Ａおよびメサ表面２０Ｂを有するメサ２０を備える。このエピタキシャル半導体構造１４は、均一に厚いエピタキシャル半導体層を形成し、次いで、このエピタキシャル半導体層の一部分を選択的に除去してメサ２０を形成することによって形成することができる。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクトトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチング、および／または誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングなどの湿式または乾式エッチングを用いて、エピタキシャル半導体層の一部分を選択的に除去することができる。たとえば、塩素（Ｃｌ２）エッチャントを用いるアルゴン（Ａｒ）雰囲気中での乾式エッチングを用いて、メサ２０をパターン形成することができる。より具体的には、この乾式エッチングは、約２から４０ｓｃｃｍの範囲のアルゴン（Ａｒ）を流し、約５から５０ｍトルの範囲の圧力および約２００から１０００Ｗの範囲のＲＦパワーのＲＩＥ反応炉中に約５から５０ｓｃｃｍの範囲の塩素（Ｃｌ２）を流すステップを含むことができる。具体的なエッチング条件を例として提供したが、他のエッチング条件を使用することもできる。
【００４５】
図示するように、エピタキシャル半導体構造１４の一部分のみをメサに含むことができる。代替形態では、メサ側壁２０Ａが基板１２に対して延びるようにメサ２０にエピタキシャル半導体構造１４を含むこともできる。このエピタキシャル半導体構造１４は、基板上のＮ型層、および基板に対向するＮ型層上のＰ型層を含むことができる。このメサ２０は（メサ２０の側壁が基板１２に対して延びるように）、Ｐ型層無しでＮ型層の一部分、Ｎ型層の全ておよびＰ型層の一部分（全てではない）、またはＰ型層およびＮ型層の全てを含むことができる。
【００４６】
このエピタキシャル半導体構造１４は、Ｎ型層とＰ型層の間に活性層を含むこともできる。活性層は、いくつかの相異なる構造および／または層、ならびに／あるいはそれらの組合せを含むことができる。この活性層は、たとえば、単一または複数の量子井戸、二重ヘテロ構造、および／または超格子を備えることができる。活性層は、デバイスにおけるレーザ発振活動を促進させ得る光閉じ込め層および／または電流閉じ込め層を含むこともできる。
【００４７】
メサ２０の側壁２０Ａ上およびメサ側壁２０Ａに隣接する基板１２上の一部分に、第１パッシベーション層３０を形成することができる。図示するように、メサ側壁２０Ａが基板１２まで延びない場合、半導体構造１４の一部分は第１パッシベーション層３０とメサ側壁２０Ａに隣接する基板の間に残ることができる。この第１パッシベーション層３０は、たとえば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アルミニウム酸化膜、および／またはそれらの組合せなどの絶縁材料の層あるいは複数のサブ層でよい。さらに、この第１パッシベーション層３０は、プラズマ化学気相成長、減圧化学気相成長、化学気相成長、スパッタリング、電子ビーム蒸着、および／またはそれらの組合せなどの堆積技法を用いて形成することができる。具体的な実施形態によれば、第１パッシベーション層３０がアルミニウム酸化膜であり、第１パッシベーション層３０の厚さが約０．１から２ミクロンの範囲にある。
【００４８】
この第１パッシベーション層３０は、メサ表面２０Ｂに電気的なコンタクトをもたらすようにその内部にビア３２を含むことができる。このビア３２は、たとえば、本明細書と同時に出願された米国特許出願（整理番号５３０８−２８０）および本明細書と同時に出願された米国特許出願（整理番号５３０８−２８１）で論じられているステップに従って形成することができる。たとえば、この第１パッシベーション層３０をメサ表面２０Ｂ上に形成し、次いでメサ表面の一部分を露出させるビア３２を形成するようにフォトリソグラフィを用いてパターン形成し、このビア３２の形成後、（第２パッシベーション層の形成前または形成後のどちらかに）メサ表面上の露出部分にオーミックコンタクト層を形成することができる。代替形態では、パッシベーション層の形成前に、メサ表面上にオーミックコンタクト層を形成することができ、このパッシベーション層はオーミックコンタクト層の上に形成することもでき、このパッシベーション層のオーミックコンタクト層上の部分は除去することができる。別の代替形態では、メサ表面上にオーミックコンタクト層を形成することもでき、このオーミックコンタクト層をパターン形成するために使用されるマスクを第１パッシベーション層を形成しながら保持することができる。マスク、およびパッシベーション層のマスク上の部分を除去することができ、それによって、分離マスクを必要とせずにオーミックコンタクト層の一部分が露出する。
【００４９】
図２Ｂに示すように、第２パッシベーション層４０を第１パッシベーション層３０上に形成することができる。この第２パッシベーション層４０は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、および／またはアルミニウム酸化膜などの絶縁材料の層、あるいは複数のサブ層を含むことができ、かつ、プラズマ化学気相成長、減圧化学気相成長、化学気相成長、スパッタリング、電子ビーム蒸着、および／またはそれらの組合せなどの堆積技法を用いて形成することができる。
【００５０】
第１パッシベーション層３０は第１材料を含み、第２パッシベーション層４０は第１材料と異なる第２材料を含む。したがって、エッチャントを選択して、第２パッシベーション層４０を貫通してビアを形成するとき第１パッシベーション層３０をそれほどエッチングすることなく第２パッシベーション層４０をエッチングできるようにすることができる。具体的な実施形態によれば、第１パッシベーション層３０はアルミニウム酸化膜の層を含み、第２パッシベーション層４０はシリコン窒化膜の層を含むことができる。したがって、第２パッシベーション層４０を貫通してビアホールをエッチングして第２パッシベーション層をそれほどエッチングすることなく第１パッシベーション層の一部分を露出させることができる。
【００５１】
図２Ｃに示すように、第２パッシベーション層の保持する部分を（フォトリソグラフィなどの手段で）マスキングし、第２パッシベーション層の露出部分をエッチングすることによって、ビア４２を開口させることができる。第１パッシベーション層２０を貫通するビアが予め形成されている場合、このビア４２はさらなる処理無しでメサ表面２０Ｂの一部分を露出させることができる。代替形態では、第２パッシベーション層４０を貫通するビア４２を形成した後で、第１パッシベーション層３０を貫通するビアを形成することもできる。
【００５２】
具体的な実施形態によれば、第２パッシベーション層の一部分をマスキングし、第２パッシベーション層の露出部分を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いてエッチングすることによってビア４２を形成することができる。より具体的には、アルミニウム酸化膜に比べてシリコン窒化膜を選択的にエッチングするために使用することができるＮＦ２および／またはＣＨＦ３などのフッ素系エッチング用化学物質を用いてＲＩＥエッチングを実施することができる。第１パッシベーション層の材料に比べて第２パッシベーション層の材料のエッチングに選択性を発揮するという条件で他のエッチング用化学物質を使用することもできる。ＮＦ２および／またはＣＨＦ３系のエッチング用化学物質は、たとえば、アルミニウム酸化膜のそれよりもずっと速い速度でシリコン窒化膜を選択的にエッチングすることができる。したがって、アルミニウム酸化膜の第１パッシベーション層３０は、シリコン窒化膜の第２パッシベーション層４０を貫通するビア４２をエッチングするとき、エッチストップとして有効に働くことができる。
【００５３】
メサ表面２０Ｂおよび第１パッシベーション層３０の一部分がビア４２によって露出されると、図２Ｄに示すようにメサ表面２０Ｂ上の露出部分にオーミックコンタクト２６を形成することができる。代替形態では、このオーミックコンタクト層を第１パッシベーション層２０Ｂの形成前に形成することもでき、あるいは第１パッシベーション層３０の形成と第２パッシベーション層４０の形成の間に形成することもできる。次いで、金属オーバ層５０を第２パッシベーション層４０上、第１パッシベーション層３０上の露出部分、およびビア中のオーミックコンタクト層２６上に形成することができる。いくつかの実施形態によれば、これらのオーミックコンタクト層および金属オーバ層はそれぞれ同じ金属の層または異なる金属の層を含むことができる。代替形態では、メサ表面２０Ｂ上の露出部分に金属オーバ層が直接形成されるように離れたオーミックコンタクト層を必要としないこともある。
【００５４】
半導体構造１４に対向して基板１２上に第２オーミックコンタクト層２７を形成してオーミックコンタクト層２６と２７の間に「垂直な」電流経路を設けることもできる。このオーミックコンタクト層２７は第１パッシベーション層３０および第２パッシベーション層４０のパターン形成後に形成されるように図示されているが、このオーミックコンタクト層２７の製造におけるより前の段階で形成することもできる。さらに、その代わりに、基板１２の第１オーミックコンタクト層２６と同じ側に第２オーミックコンタクト層を形成し、それによって「水平な」電流の流れを実現することもできる。
【００５５】
本発明の諸実施形態によれば、第１のパッシベーション層３０が、半導体メサ２０の側壁２０Ａ用の保護および／または絶縁をもたらすことができ、この半導体メサの表面２０Ｂを第１パッシベーション層３０を貫通して露出させて比較的精度のよいパターンを設けることができる。別の言い方をすれば、メサ表面２０Ｂの幅より小さい幅のパターンを第１パッシベーション層３０に形成してメサ表面２０Ｂおよび／またはその上のオーミックコンタクト層２６の一部分を露出させることができる。第２パッシベーション層４０を第１のパッシベーション層３０上に形成することができ、この第２パッシベーション層４０を比較的精度のないパターンでパターン形成してメサ表面２０Ｂおよび／またはその上のオーミックコンタクト層２６を露出させ、第１パッシベーション層３０のこのメサ表面２０Ｂに隣接する部分を露出させる。別の言い方をすれば、第２パッシベーション層４０のパターンがメサ表面２０Ｂの幅より大幅に大きい幅を有することができる。したがって、第２パッシベーション層４０は、第２パッシベーション層４０用のパターン形成の正確な位置合わせを必要としないでメサ２０用の保護を実現することができる。
【００５６】
図３は、本発明の諸実施形態による構造の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。より具体的には、図３は、炭化シリコン基板１１２とＩＩＩ族窒化物化合物半導体材料を含むエピタキシャル半導体構造１１４とを備える、本発明の諸実施形態によるレーザダイオード構造の写真である。半導体構造１１４の一部分がメサ１２０内にパターン形成され、光閉じ込めおよび／または電流閉じ込めを実現することができる。メサ１２０の基板１１２に対向する表面上にオーミックコンタクト層１２６を設ける。アルミニウム酸化膜の第１パッシベーション層１３０はエピタキシャル半導体構造１１４の表面を保護および／または絶縁することができ、シリコン窒化膜の第２パッシベーション層１４０を第１パッシベーション層１３０上に設けることができる。第２パッシベーション層１４０を貫通するビア１４２はオーミックコンタクト１２６の一部分を露出させ、金属オーバ層１５０はビア１４２を貫通してオーミックコンタクト層１２６との電気コンタクトを実現する。
【００５７】
図４は、本発明の追加の実施形態による構造を示す断面図である。図示するように、この構造は、基板２１２と、半導体構造２１４と、オーミックコンタクト層２２６と、半導体構造上およびオーミックコンタクト層２２６の一部分上の第１パッシベーション層２３０とを備えることができる。より具体的には、この半導体構造２１４はメサ側壁２２０Ａとメサ表面２２０Ｂを有するメサ２２０を備えることができ、このオーミックコンタクト層２２６は側壁２２６Ａとコンタクト表面２２６Ｂを備えることができる。図４に示す諸実施形態では、パッシベーション層２３０の形成前にオーミックコンタクト層２２６を形成し、それによって第１パッシベーション層２３０の一部分がオーミックコンタクト層２２６上の一部分に延びるようにすることができる。
【００５８】
第２パッシベーション層２４０を第１パッシベーション層上に設け、この第２パッシベーション層２４０のビア２４２はオーミックコンタクト層２２６のコンタクト表面と第１パッシベーション層２３０のオーミックコンタクト層２２６に隣接する部分とを露出させることができる。第２パッシベーション層２４０のビア２４２の幅をメサ表面２２０Ｂの幅より大幅に大きくすることができる。さらに、金属オーバ層２５０を、第２パッシベーション層２４０上、第１パッシベーション層２３０上の露出部分、およびオーミックコンタクト層２２６のコンタクト表面２２６Ｂ上に設けることができる。さらに、オーミックコンタクト層２２７をメサ２２０に対向する基板２１２上に設けることもできる。
【００５９】
この半導体構造２１４は、ＩＩＩ族窒化物半導体材料などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を含むことができる。さらに、この半導体構造２１４は、基板上のＮ型層およびＮ型層の基板２１２に対向する層上にＰ型層を含むことができる。さらに、メサ２２０は（側壁２２０Ａが基板２１２に延びるように）Ｎ型層を含まずにＰ型層の一部分、Ｐ型層の全ておよびＮ型層の一部分（全てではない）、またはＰ型層およびＮ型層の全てを含むことができる。
【００６０】
いくつかの実施形態では、この基板２１２は、２Ｈ、４Ｈ、６Ｈ、８Ｈ、１５Ｒ、および／または３ＣなどのポリタイプのＮ型炭化ケイ素、サファイア、窒化ガリウム、ならびに／あるいは窒化アルミなどの基板材料を含むことができる。さらに、基板２１２は、エピタキシャル半導体構造２１４および基板２１２を通過する「垂直な」電流の流れを有する「垂直」デバイスを実現するように導電性にすることができる。代替形態では、基板１２は絶縁性または半絶縁性でもよく、そこでは「水平」デバイスを実現するように基板の同じ側に両方のオーミックコンタクトが設けられる。導電性基板を「水平」デバイスに使用することもできるはずである。さらに、基板という用語は、半導体構造２１４を作製する半導体材料のパターン形成されていない部分を含むように規定することができる。そして／または基板２１２と半導体構造２１４の間で材料の遷移がないこともある。
【００６１】
図５Ａないし５Ｄは、図４に示す構造を形成するステップを示す断面図である。図５Ａに示すように、メサ２２０を備える半導体構造２１４を基板２１２上に形成することができ、オーミックコンタクト層２２６をメサの表面２２０Ｂ上に形成することができる。次いで、パッシベーション層２３０を、メサ２２０の側壁２２０Ａ上、基板上のメサ側壁２２０Ａに隣接する部分、およびオーミックコンタクト層２２６上の一部分に形成することができる。図５Ａに示すように、このパッシベーション層２３０は、コンタクト表面２２６Ｂおよび傾斜付側壁２２６Ａのコンタクト表面２２６Ｂに隣接する部分をこのパッシベーション層２３０なしに保持しながら、傾斜付側壁２２６Ａ上のメサ側壁２２０Ａに隣接する部分に延びることができる。代替形態では、このパッシベーション層２３０の一部分がオーミックコンタクト層上の基板に平行な表面部分に延びることもできる。
【００６２】
たとえば、メサ２２０およびオーミックコンタクト層２２６を、たとえば米国特許出願（整理番号５３０８−２８１）で論じられているような単一のパターン形成ステップを用いて形成することができる。より具体的には、均一な厚さの半導体層を形成することができ、コンタクト金属層を均一厚のこの半導体層上に形成することができ、マスクをこのコンタクト金属層上に形成することができる。次いで、単一のマスクを用いてこれらのコンタクト金属層および半導体層をエッチングしてオーミックコンタクト層２２６およびメサ２２０を形成することができる。さらに、第１パッシベーション層２３０を形成しつつマスクを保持することができ、マスクおよび第１パッシベーション層のマスク上の部分を除去してオーミックコンタクト層のコンタクト表面２２６Ｂを露出させることができる。したがって、単一のマスクでオーミックコンタクト層のメサ表面との位置合わせを実現することができ、パッシベーション層を貫通して「ビア」の位置合わせを実現し、それによって、オーミックコンタクト層２２６のコンタクト表面２２６Ａを露出させることができる。
【００６３】
代替形態では、これらのオーミックコンタクト層２２６および／またはパッシベーション層２３０を別個のマスキング操作を用いてパターン形成することもできる。たとえば、第１マスクを用いてこれらのメサ２２０およびオーミックコンタクト層２２６をパターン形成し、第２マスクを用いてビアをパッシベーション層２３０にパターン形成することができる。別の代替形態では、第１マスクを用いてメサ２２０をパターン形成し、第２マスクを用いてオーミックコンタクト層２２６をパターン形成し、第３マスクを用いてビアをパッシベーション層２３０にパターン形成することもできる。
【００６４】
図５Ｂに示すように、第２パッシベーション層２４０を第１パッシベーション層２３０上およびオーミックコンタクト層２２６上の露出部分に形成することができる。これらの第１パッシベーション層２３０および第２パッシベーション層２４０それぞれは、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、および／またはアルミニウム酸化膜などの絶縁材料の層を含むことができる。さらに、これらの第１パッシベーション層２３０および第２パッシベーション層２４０それぞれは、第１パッシベーション層２４０に対する選択性のあるエッチング用化学物質を用いて第２パッシベーション層２３０をエッチングできるように相異なる材料を含むことができる。たとえば、第１パッシベーション層２３０がアルミニウム酸化膜の層を含み、第２パッシベーション層２４０がシリコン窒化膜の層を含み、フッ素系のエッチング用化学物質を用いて第１パッシベーション層２３０をエッチングせずに第２パッシベーション層２４０をエッチングすることができる。
【００６５】
図５Ｃに示すように、第２パッシベーション層２４０をパターン形成してオーミックコンタクト層２２６のコンタクト表面２２６Ｂを露出させ、第１パッシベーション層２３０のオーミックコンタクト層２２６に隣接する部分を露出させることができる。パッシベーション層２４０中のビア２４２の幅をメサ表面２２０Ｂの幅より大幅に大きくすることができる。より具体的には、メサ表面２２０Ａの幅は約１から３ミクロンの範囲、パッシベーション層２４０を貫通するビア２４２の幅は約５から１５ミクロンの範囲になることができる。したがって、パッシベーション層２４０にビア２４２をパターン形成するとき高精度を必要としなくてもよい。図５Ｄに示すように、金属オーバ層２５０をパッシベーション層２４０上、第１パッシベーション層２３０上の露出部分、およびオーミックコンタクト層２２６上の露出部分に形成することができる。
【００６６】
本発明の諸実施形態によれば、第１パッシベーション層が半導体メサ上の比較的精度のよいオーミックコンタクト層の露出（または半導体メサ表面の露出）およびメサの側壁の保護を実現することができる。異なる材料の第２パッシベーション層は、そのパターン形成において高精度を必要とせずにメサの構造的な保護を実現することができる。
【００６７】
上記で論じた半導体デバイスは、端面発光半導体レーザを提供することができ、光が基板に平行に半導体メサストライプの長さ方向に沿って放出される。別の言い方をすれば、上記で論じた諸図の断面に垂直な方向に沿って光を放出することができる。レーザダイオードなどの発光デバイスの形成方法に関する方法およびデバイスを論じてきたが、本発明による方法を使用して、従来のダイオード、従来の発光ダイオード、または半導体メサを含む他の任意の半導体などの他の半導体デバイスを形成することができる。
【００６８】
本発明をその好ましい実施形態に関連して具体的に示し説明してきたが、当業者なら、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって規定される本発明の精神および範疇から逸脱することなく形式および細部において様々な変更を加え得ることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の諸実施形態による半導体デバイスを示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の諸実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の諸実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図２Ｃ】本発明の諸実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図２Ｄ】本発明の諸実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図３】本発明の諸実施形態による半導体デバイスの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す断面図である。
【図４】本発明の追加の実施形態による半導体デバイスを示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の追加の実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の追加の実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図５Ｃ】本発明の追加の実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図５Ｄ】本発明の追加の実施形態による半導体デバイスの形成の一ステップを示す断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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